Comunicaciones en la Banda VHF y UHF

Comunicaciones en la Banda VHF y UHF TEMA IV PARTE I

RANGOS DE FRECUENCIAS • Los rangos de frecuencia de las bandas de VHF y UHF, son:

RANGOS DE FRECUENCIAS • Las longitudes de ondas correspondientes son:

Tierra Plana PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA Cuando las antenas trasmisoras y receptoras están ubicadas a corta distancia entre ambas, se puede, con garantía, ignorar el efecto de la curvatura de la Tierra y considerar que las ondas de radio se propagan a lo largo de una superficie plana conductora imperfecta.

Tierra Plana PROPAGACIÓN DE ONDAS TERRESTRES SOBRE TIERRA PLANA En la práctica los trasmisores emplazados en la Tierra usan antenas elevadas que trasmiten en el intervalo de onda corta y ultra corta, siendo típico este uso en el trasmisor de televisión, los trasmisores de VHF, FM, etc. Radio FM TV Com. privadas

Problemas de la esfericidad de la Tierra Se presentan tres casos • Intervalo de visibilidad directa • Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas • Radiopropagación sobre filos de cuchillos

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS La troposfera es la capa de la atmósfera que más afecta las trasmisiones de televisión. Sus características físicas influyen notablemente sobre las ondas de radio. Entre estas características tenemos el índice de refracción, el cual varía con la altura y que es el responsable más directo de la curvatura que experimenta la onda trasmitida, dando lugar a diferentes tipos de refracción troposféricas.

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS La troposfera causa un efecto de curvatura en el rayo, el cual es más acentuado en las trasmisiones de VHF y UHF, las ondas de radio que se propagan según un ángulo de elevación pequeño viajaran formando arcos cuyos radios serán iguales a donde

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS Debe notarse que las ondas de VHF y UHF experimentan una refracción mayor en la troposfera estándar que los rayos con frecuencias ópticas. Esto se debe a que las moléculas de agua que poseen un momento dipolo permanente y una masa finita, no pueden seguir fluctuaciones de frecuencia tan elevadas... ... pero si pueden reaccionar positivamente a las perturbaciones de frecuencias del tipo VHF y UHF, participar activamente en el movimiento oscilatorio y contribuir a los cambios del índice de refracción.

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: • aumento del radio efectivo de la Tierra (ya que como vimos, las ondas se propagan produciendo un efecto de aumento del radio de la Tierra) • Los casos en que la trayectoria de las ondas electromagnéticas alcanzan distancias muy superiores a las previstas teóricamente.

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS Estos antecedentes dan paso a diferentes aspectos como: (cont.) • La existencia de la súper refracción, que es una de las formas de refracción troposférica, en la cual por condiciones especificas y de carácter aleatorio, en dependencia de las condiciones meteorológicas, se forma lo que es conocido como ductos troposféricos. • Los ductos producen una serie de reflexiones sucesivas en la superficie terrestre que se extiende hasta distancias bastante grandes.

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS La condición para que una onda electromagnética se propague dentro de un ducto es que su longitud de onda “” no exceda a una “ critica”, conocida como  de corte. Para la mayoría de los casos, la siguiente expresión nos da el valor de esta “ crítica”: donde ho es la altura del ducto.

EFECTO DE LA PROPAGACIÓN DE LAS ONDAS TROPOSFÉRICAS Valores de longitud de onda críticos para algunos ductos

ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA La atenuación en la troposfera se debe a cuatro factores: • La absorción por partículas suspendidas, lluvia, nieve, niebla, etc. • Absorción por moléculas. • Dispersión por moléculas y sus colisiones. • Absorción por sólidos.

ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA Las experiencias practicas han verificado que las ondas más largas que 10 cm. no experimentan atenuación apreciable en la troposfera. Sin embargo, las ondas más cortas sí sufren atenuaciones las que pueden ser considerables. Atenuación Atenuación

ATENUACION DE LAS ONDAS DE RADIO EN LA TROPOSFERA La expresión para el campo es: donde  es la pérdida por unidad de longitud; y L, la longitud del área lluviosa.

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE Es un sistema de radiocomunicaciones en el cual las estaciones (transmisoras y receptoras) están en movimiento permanente y eventual.

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONESMOVIL TERRESTRE El servicio móvil terrestre está compuesto en lo fundamental por una estación base a la cual está asociado un grupo de estaciones móviles. La estación base puede servir a diferentes estaciones móviles o sistemas móviles que trabajan a diferentes frecuencias cada uno para servir a un solo sistema.

Clasificación de los sistemas de radiocomunicaciones móviles terrestres Según sea la forma en que operen los sistemas de radiocomunicaciones móviles, se pueden caracterizar los siguientes modos de explotación de frecuencias: • Sistemas simplex de una y de dos frecuencias • Sistemas base duplex de dos frecuencias • Sistemas duplex de dos frecuencias.

Sistema simplex de una sola frecuencia En estos sistemas, tanto la estación base como la móvil, transmiten a una frecuencia común. Cada estación debe tomar su turno para hablar mediante el uso del procedimiento push to talk (pulse para hablar).

Sistema simplex de dos frecuencias Se transmite y recibe en frecuencias diferentes. Ambas estaciones, base y móvil, operan en régimen push-to-talk. Los sistemas móviles pueden operar en zonas, ubicando una estación base en el centro de cada zona que se debe cubrir. f2 f1

Sistema Base Duplex de dos frecuencias Las estaciones bases se diseñan de tal forma que se pueda trasmitir con una frecuencia y recibir con otra simultáneamente, mientras que el móvil opera en el modo simplex de dos frecuencias en régimen push-to-talk. f2 f1

Sistema Duplex de dos frecuencias En estos sistemas, ambas estaciones, base y móvil, pueden trasmitir a una frecuencia y recibir simultáneamente a otra. El diseño de la estación base en este caso es similar al de base duplex, pero la estación móvil debe ser equipada con una segunda antena o filtros necesarios entre el trasmisor y receptor, para evitar la interferencia. f1 f2

BANDAS DE FRECUENCIAS El CCIR recomienda para los sistemas de comunicaciones móviles la utilización de cinco bandas de frecuencias que son las que se muestran en la tabla siguiente: f2

SEPARACION ENTRE CANALES El ancho de banda nominal de transmisión, Bn es: siendo: M: la frecuencia máxima de modulación. Para un caso medio de telefonía comercial M = 3 kHz. D: la mitad de la diferencia entre los valores máximos y mínimos de la frecuencia instantánea. K: el factor numérico que varía según la emisión y depende de la distorsión admisible de la señal. Normalmente K = 1.

C1 C2 C3 9 kHz 16 kHz 25 kHz SEPARACION ENTRE CANALES En nuestro caso hemos adoptado la canalización de 25 kHz para la cual se tiene que M=3 kHz, D=5 kHz y K=1, obteniéndose así un ancho de banda nominal, Bn=16 kHz lo que permite un ancho de banda de guarda de 9 kHz.

APLICACIONES DE LAS BANDAS VHF Y UHF Entre las aplicaciones más comunes tenemos: • Sistemas de televisión de banda VHF • Sistemas de televisión de banda UHF • Sistemas de radio troncalizado • Sistemas de radio de comunicaciones privadas de VHF y UHF • Sistemas de telefonía móvil celular • Sistemas de radio control de VHF • Sistemas de ayudas para radio navegación Banda marítima y aérea.

ZONAS DE FRESNELL Zonas de Fresnel: Retome los aspectos relativos a las zonas de Fresnel estudiados en el tema 1.

ZONAS DE FRESNELL CALCULO DE LAS ZONAS DE FRESNEL La fórmula genérica de cálculo de las zonas de Fresnel es: Donde: rn es el radio de la enésima zona de Fresnel [m]. d1 es la distancia desde el transmisor al objeto en [Km]. d2 es la distancia desde el objeto al receptor en [Km]. d es la distancia total del enlace en [Km]. f es la frecuencia en [MHz].

FIN DEL TEMA 4 Gracias

Intervalo de Visibilidad Directa La cuestión crucial del estudio de la propagación en la Tierra real consiste en determinar si las antenas trasmisoras y receptoras están dentro del intervalo de visibilidad directa entre sí. Es deseable que las dos antenas se “vean”una a la otra. Este es un termino que no debe tratarse literalmente. Él indica que no debe haber obstaculo entre la antena transmisora y la receptora.

Intervalo de Visibilidad Directa Caso 1: Si una de las antenas, (la cual la podemos denominar “A”) está elevada y la otra (llamada “B”), se encuentra en la Tierra, como se muestra en la figura. El problema se reduce a encontrar la distancia hasta el horizonte visible. Si se establece un radio terrestre de 6,37xl06 km, a partir del triángulo OAC tenemos que: La distancia del intervalo de visibilidad directa la representa el segmento AC

Ondas Espaciales y radio horizonte d B A h PROPAGACIÓN DE ONDAS Considerando el triangulo AOB, se tiene: r r O Donde r es el radio terrestre en kilometro (6371 km), h la altura de la entena en kilometro.

Ondas Espaciales y radio horizonte PROPAGACIÓN DE ONDAS Cálculo de la distancia de radio horizonte (una antena): d= distancia a radio horizonte (km) h = a la altura de la antena sobre el nivel del mar (km)

Intervalo de Visibilidad Directa Caso 2: La propagación de ondas terrestres con antenas elevadas (trasmisor y receptor) se muestra en la figura. La intensidad de campo total será la suma del rayo directo AB y el reflejado AOB debido a que se considera la tierra plana.

Ondas Espaciales y radio horizonte PROPAGACIÓN DE ONDAS Cálculo de la distancia de radio horizonte (dos antenas): d= distancia a radio horizonte (km) h = a la altura de la antena sobre el nivel del mar (km)

Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas. Es frecuente encontrar elevaciones en la trayectoria de propagación. En tales casos las ondas viajarán en presencia de obstáculos, aunque las antenas transmisoras y receptoras estén dentro del intervalo de visibilidad directa.

Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas. La cuestión radica en que las dimensiones del obstáculo son una función de la longitud de onda . Por tanto, un terreno puede ser considerado plano para las ondas OL (ondas largas) y OM (ondas medias), mientras que esta consideración puede cesar para las ultracortas, cuando los obstáculos presentan dimensiones considerables, como se muestra en la figura a continuación.

a b c d Antena Receptora Antena Emisora Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas. Las ondas parten de la antena en “A” y llegan a la antena en “B” pero por trayectos diferentes.

Radiopropagación de visibilidad directa sobre colinas. A primera vista puede parecer que las ondas de radio se propagan sobre las colinas de la misma forma que en un terreno plano, exceptuando que en vez de un solo rayo, llegarán ahora más. Esto no es así, porque el rayo reflejado se forma dentro de la primera zona de Fresnell y no en un punto geométrico, y en la mayoría de los casos las cimas de las colinas son mucho más pequeñas, en tamaño, que la primera zona de Fresnell.

Radiopropagación sobre filos de cuchillo Los filos de Cuchillo, son obstáculos puntiagudos y opacos, en la trayectoria de propagación. Este filo idealizado, desprovisto de toda propiedad eléctrica, permite el cálculo del campo difractado por un método ampliamente conocido de la óptica física. Patrón de radiación Estación “A” Estación “B” Filos de Cuchillo

Radiopropagación sobre filos de cuchillo CASO 1: En el caso de la figura “a”, el obstáculo no corta el rayo directo y solo emerge parcialmente dentro del volumen significativo. No se obstruye el paso del rayo Se analizarán dos casos de radiopropagación sobre filos de cuchillos.

Radiopropagación sobre filos de cuchillo CASO 2: En el caso de la figura “b” el filo corta el rayo directo AB. En este caso el filo de cuchillo obstruye el paso del frente de onda.

Radiopropagación sobre filos de cuchillo La atenuación se puede determinar haciendo uso de la teoría de la difracción óptica, con lo cual la atenuación se expresa por: En la expresión anterior, C(V) y S(V) son las integrales de Fresnell, donde: donde b es el radio de la primera zona de Fresnell en el obstáculo; y H, la altura del obstáculo.

Radiopropagación sobre filos de cuchillo El gráfico de la función F (V) se muestra en la figura

Radiopropagación sobre filos de cuchillo Contribución de trayectorias para filos de cuchillo: La figura muestra que el campo en el punto B se debe a la combinación de cuatro rayos, cada uno de los cuales ha sufrido difracción en el filo de cuchillo. En esta figura los rayos se denominan A’MB, AMB’, A’MB’ y AMB.

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